Leichtgewichtige Hardware – Automatisierungstechnik für die Automobilfertigung

Der Forderung nach geringerem Spritverbrauch steht gleichzeitig die Erwartung einer hohen Fahrzeugsicherheit gegenüber. Durch Wärmebehandlung und anschließendes Pressen lässt sich bei Fahrzeugkarosserien eine geringere Masse bei höherer Stabilität der Teile erreichen. Die Automatisierung einer Presshärtelinie stellte eine anspruchsvolle Automatisierungsaufgabe dar. SEW-Eurodrive lieferte hierfür die Antriebstechnik: Servomotoren und -umrichter sowie Motion Controller.

Im Jahr 2009 nahm die BMW Group im Werk Dingolfing eine Presshärteanlage in Betrieb. Sie besteht aus einer Presshärtelinie mit einem Durchlauf-Kettenträgerofen. Dieser Glühofen erwärmt vorgeformte Karosseriebleche, die danach in einer Presse ihre endgültige Form erhalten. Sie dienen später als Verstärkung für die Längsträger und B-Säule oder den Schweller. Durch die Wärmebehandlung und das sofort anschließende Pressen wird bei höherer Stabilität der Teile eine geringere Fahrzeugmasse erzielt.

Für diesen Ofen war ein System erforderlich, das die Antriebe der Kettengänge steuert und das Handling der Warenträger koordiniert, auf denen die Bleche durch den Ofen gefördert werden. Weil die Warenträger über mehrere Kettengänge laufen, mussten deren einzelne Antriebe exakt aufeinander abgestimmt werden. Auch die Bewegung der Schleusentüren und Hubgerüste waren mit der Bewegung der Warenträger zu synchronisieren. Nicht zuletzt musste die gesamte Ablaufsteuerung in das bestehende Softwarekonzept von BMW integriert werden.

Schwartz Wärmebehandlungsanlagen aus Simmerath in der Eifel, unweit von Aachen, stellt den Durchlauf-Kettenträgerofen her. Für die Projektkoordination der gesamten Automatisierung, die Steuerungstechnik und Visualisierung sowie Anpassung der Antriebs-Basissoftware zeichnete Heinen Automation verantwortlich, die im benachbarten Monschau ansässig ist. Beim Projekt Glühofen realisierte sie die Kommunikation der unterschiedlichen Systeme über Profinet und die Anbindung an den Leitrechner. Die Unternehmen statteten die gesamte Linie mit SEW-Technik aus: Dazu gehören Servomotoren und -umrichter sowie Motion Controller. Heinen Automation hat jahrelange Erfahrungen mit der Antriebs- und Automatisierungstechnik von SEW-Eurodrive, insbesondere dem Mehrachs-Servosystem Moviaxis und dem Motion Controller Movi-PLC. Dank seines Know-hows mit dieser Antriebstechnik sowie mit Steuerungstechnik, mit Profinet-Bussystemen und der komplexen Anbindung an Leitrechnersysteme konnte Heinen bei der Auftragsvergabe punkten.

Anspruchsvolle Technologie
Grundsätzlich ist es schwierig, vorgeformte Bleche durch einen Glühofen freitaktend zu transportieren. Bei konventionellen Rollenherd-Ofenanlagen werden die Warenträger auf Keramikrollen transportiert, die sich im Inneren des Ofens befinden. Hier herrscht eine Betriebstemperatur von annähernd 1.000 Grad Celsius. Bei diesem Verfahren und Taktzeiten von minimal zwölf Sekunden ist für Ungenauigkeiten kein Platz. Bei der neuen Lösung der Firma Schwartz besteht die Innovation darin, dass der Transport außerhalb des Ofens stattfindet. Dabei stehen die Warenträger auf einem außenliegenden Kettengang, ragen in den Ofen hinein und schließen ihn nach unten hin ab. Sie sind Teil des Ofens und gehören somit zum Lieferumfang von Schwartz. An den Förderketten herrschen „nur“ etwa 60 bis 80 Grad Celsius Umgebungstemperatur. Die Beherrschung der Temperaturunterschiede, denen der Warenträger zwischen der kalten Kette und dem heißen Ofen ausgesetzt ist, ist nicht trivial.
Robuste und präzise Antriebstechnik
Der Glühofen ist als dreistöckige Konstruktion ausgeführt. Roboter positionieren die Bleche vor dem Ofen in der unteren Ebene auf den Warenträgern. Dann takten die Bleche in den Ofen ein, werden geglüht und hinter dem Ofen durch Roboter vom Warenträger entnommen und einer Presse zugeführt. Anschließend werden die leeren Warenträger eine Etage höher über eine isolierte Rückführstrecke zurücktransportiert. Die Antriebstechnik wurde mit dem Servoantriebssystem Moviaxis und dem Motion Controller MOVI-PLC von SEW-Eurodrive realisiert. Beim Durchlauf-Kettenträgerofen kommt das modulare Mehrachs-Servoverstärkersystem Moviaxis mit insgesamt 22 Servoverstärkern zum Einsatz. Sie treiben 16 Kettenantriebe, vier Schleusenschieber und zwei Hubgerüste an. Auf der Anlage sind fünf separate Sicherheitskreise installiert: für den Ofen, den Ofenein- und auslauf, die Rückführstrecke und die Rüststrecke.

Die Warenträger sind über Zähne formschlüssig mit den Ketten verbunden. Anstelle einer durchgehenden Kette setzt man 16 einzelne Kettengänge ein. Das hat den Vorteil, dass man die Warenträger vereinzeln und abschnittsweise unterschiedliche Geschwindigkeiten fahren kann. Die Warenträger müssen korrekt auf den Kettenförderern aufsitzen, damit die Werkstücke nicht springen, zumal der Ofen auch mit einer hohen Geschwindigkeit – bis zu zwei Meter/Sekunde – entladen wird. Um diese anspruchsvolle Antriebsaufgabe lösen zu können, kam mit Moviaxis ein hochwertiger Servoregler von SEW-Eurodrive zum Einsatz. Bei der Übergabe des Warenträgers an den jeweils nächsten Kettenförderer müssen die Kettenglieder immer wieder winkelsynchron ausgerichtet werden. Die Synchronisation der Ketten erfolgt durch Abgleich der Geberstellungen des Startkettenganges mit dem Zielkettengang.

Effektiver Entwurfsprozess
Bei der Programmentwicklung und Inbetriebnahme arbeiteten Heinen Automation, SEW-Eurodrive und Schwartz Wärmebehandlungsanlagen sehr intensiv zusammen. Heinen übernahm die Programmierung der SPS einschließlich der Rezepturverwaltung, der chronologischen Ereignisliste und Verbrauchserfassung und SEW programmierte die antriebsnahe Regelung in der Movi-PLC. Während die Anlagensteuerung mit der SPS für die Prozessabläufe und die Anbindung an Visualisierung zuständig ist, erfolgen die Abläufe für das Ausrichten, Positionieren und Synchronisieren im Motion Controller. Dadurch wird die SPS von den Aufgaben der Bewegungssteuerung entlastet und das Antriebsregler-Know-how in der Movi-PLC verwaltet. Ein großer Vorteil ist, dass Heinen Automation und SEW-Eurodrive hierbei zeitlich parallel arbeiten konnten. Dazu wurde eine Schnittstelle zwischen der Anlagensteuerung und der Movi-PLC definiert. Diese Vorgehensweise brachte einen spürbaren Zeitgewinn für das Gesamtprojekt. Gunthart Mau
Servoantriebssystem Moviaxis  Kennziffer 9
SEW Eurodrive, Bruchsal, Tel. 07251/75-0, Fax 75-1970,
http://www.sew-eurodrive.com